Huang, Qinghua;Yu, Xinping;Lv, Jun;Zhou, Jilie;Elvenia, Marischa Ray
Steel and Composite Structures
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v.45
no.3
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pp.409-423
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2022
Nowadays, there is a high demand for great structural implementation and multifunctionality with excellent mechanical properties. The porous structures reinforced by graphene platelets (GPLs) having valuable properties, such as heat resistance, lightweight, and excellent energy absorption, have been considerably used in different engineering implementations. However, stiffness of porous structures reduces significantly, due to the internal cavities, by adding GPLs into porous medium, effective mechanical properties of the porous structure considerably enhance. This paper is relating to vibration analysis of fluidconveying cantilever porous graphene platelet reinforced (GPLR) pipe with fractional viscoelastic model resting on foundations. A dynamical model of cantilever porous GPLR pipes conveying fluid and resting on a foundation is proposed, and the vibration, natural frequencies and primary resonant of such a system are explored. The pipe body is considered to be composed of GPLR viscoelastic polymeric pipe with porosity in which Halpin-Tsai scheme in conjunction with the fractional viscoelastic model is used to govern the construction relation of nanocomposite pipe. Three different porosity distributions through the pipe thickness are introduced. The harmonic concentrated force is also applied to the pipe and the excitation frequency is close to the first natural frequency. The governing equation for transverse motions of the pipe is derived by the Hamilton principle and then discretized by the Galerkin procedure. In order to obtain the frequency-response equation, the differential equation is solved with the assumption of small displacement, damping coefficient, and excitation amplitude by the multiple scale method. A parametric sensitivity analysis is carried out to reveal the influence of different parameters, such as nanocomposite pipe properties, fluid velocity and nonlinear viscoelastic foundation coefficients, on the primary resonance and linear natural frequency. Results indicate that the GPLs weight fraction porosity coefficient, fractional derivative order and the retardation time have substantial influences on the dynamic response of the system.
AliAsghar Moslemi Beirami;Vadim V. Ponkratov;Amir Ebrahim Akbari Baghal;Barno Abdullaeva;Mohammadali Nasrabadi
Structural Engineering and Mechanics
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v.88
no.2
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pp.159-168
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2023
Cost-effective high precision hybrid elements are presented in a hierarchical form for dynamic analysis of plates. The costs associated with controlling the vibrations of ferromagnetic plates can be minimized by adequate determination of the amount of electric current and magnetic field. In the present study, the effect of magnetic field and electric current on nonlinear vibrations of ferromagnetic plates is investigated. The general form of Lorentz forces and Maxwell's equations have been considered for the first time to present new relationships for electromagnetic interaction forces with ferromagnetic plates. In order to derive the governing nonlinear differential equations, the theory of third-order shear deformations of three-dimensional plates has been applied along with the von Kármán large deformation strain-displacement relations. Afterward, the nonlinear equations are discretized using the Galerkin method, and the effect of various parameters is investigated. According to the results, electric current and magnetic field have different effects on the equivalent stiffness of ferromagnetic plates. As the electric current increases and the magnetic field decreases, the equivalent stiffness of the plate decreases. This is a phenomenon reported here for the first time. Furthermore, the magnetic field has a more significant effect on the steady-state deflection of the plate compared to the electric current. Increasing the magnetic field and electric current by 10-times results in a reduction of about 350% and an increase of 3.8% in the maximum steady-state deflection, respectively. Furthermore, the nonlinear frequency decreases as time passes, and these changes become more intense as the magnetic field increases.
This paper is motivated by the lack of studies relating to vibration and nonlinear resonance of fluid-conveying cantilever porous GPLR pipes with fractional viscoelastic model resting on nonlinear foundations. A dynamical model of cantilever porous Graphene Platelet Reinforced (GPLR) pipes conveying fluid and resting on nonlinear foundation is proposed, and the vibration, natural frequencies and primary resonant of such system are explored. The pipe body is considered to be composed of GPLR viscoelastic polymeric pipe with porosity in which Halpin-Tsai scheme in conjunction with fractional viscoelastic model is used to govern the construction relation of the nanocomposite pipe. Three different porosity distributions through the pipe thickness are introduced. The harmonic concentrated force is also applied on pipe and excitation frequency is close to the first natural frequency. The governing equation for transverse motion of the pipe is derived by the Hamilton principle and then discretized by the Galerkin procedure. In order to obtain the frequency-response equation, the differential equation is solved with the assumption of small displacement, damping coefficient, and excitation amplitude by the multiple scale method. A parametric sensitivity analysis is carried out to reveal the influence of different parameters, such as nanocomposite pipe properties, fluid velocity and nonlinear viscoelastic foundation coefficients, on the primary resonance and linear natural frequency. Results indicate that the GPLs weight fraction porosity coefficient, fractional derivative order and the retardation time have substantial influences on the dynamic response of the system.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.34
no.10
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pp.1427-1435
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2010
A mixed finite element model was developed using the classical plate theory to analyze the nonlinear bending of a plate. The appropriate weight functions for the constraints integrated over the domain were determined by the Lagrange multiplier method by using the principle of minimum virtual energy; which provides the constitutive relations between force-like variables and strains. All of detail terms of element wise coefficient matrices and associate tangent matrices to be used in the Newton iterative method are presented. Then, the linear solutions of the current model and those of the traditional displacement model under the SS (simple support) boundary conditions were compared with the existing analytical solution. The post-processed images of the nonlinear results of the force-like variables are presented to show the continuity of the solutions at the joint of the element boundaries. Finally, the converged nonlinear finite element solutions of the current model are compared with those of existing traditional displacement model.
The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science
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v.8
no.2
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pp.161-172
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1997
In this paper, electromagnetic scattering by a perfectly conducting strip grating on dielectric multilayers is analyzed for the normalized reflected and transmitted power by applying the Fourier-Galeakin moment method. The induced current density is expanded in a series of multiplication of chebyshev polynomials of the first kind and functions with appropriate edge boundary condition, the continuous condition of electromagnetic field is applied in the boundary planes. The confirm the validity of the proposed method, the nor- malized reflected and transmitted power obtained by varying the relative permittivity and thickness of each dielectric layers are evaluated and compared with those of the existing numerical method and a paper, and then the numerical results in this paper are in good agreement with those of the existing numerical method and the paper. The sharp variation position in the geometrically normalized reflected and transmitted power can be moved by the incident angle, grating period, and the relative permittivity and thickness of the dielectric multilayers, these sharp variation points which are called the Wood's anomaly of the Geome- trically normalized reflected power are observed as a main factor when the reflected powers of the higher order mode are transitted between propagating and evanescent modes, and the local minimum positions are slightly moved to the left hand direction in which grating period is getting small according to the increase of the relative permittivity of dielectric layers.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.31
no.6B
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pp.507-514
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2011
A numerical model has been developed by employing a finite element method to simulate the depth-averaged 2-D dispersion of the heat pollutant, which is an important pollutant material in natural streams. Among the finite element methods, the Streamline Upwind/Petrov Galerkin (SUPG) method was applied. Also both linear and quadratic elements can be applied so that irregular river boundaries can be easily represented. To show the movement of heat pollutants, the reaction term describing heat transfer was represented as an equation in which sink/source term is proportional to the difference between the equilibrium temperature and water surface temperature. The equation was expressed so that the water surface temperature changes according to the temperature transfer coefficient and the equilibrium temperature. For the calibration of the model developed, analytic and numerical results from a case of rectangular channel with full width continuous injection have been compared in a steady state. The comparisons showed that the numerical results were in good agreement with analytical solutions. The application site was selected from the downstream of Paldang dam to Jamsil submerged weir, and overall length of this site is about 22.5 km. The change of water temperature caused by the discharge from the Guri sewage treatment plant has been simulated, and results were similar to the observed data. Overall it is concluded that the developed model can represent the water temperature changes due to heat transport accurately. But the verification using observed data will further enhance the validity of the model.
Journal of the Korean Society of Fisheries and Ocean Technology
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v.38
no.2
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pp.110-118
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2002
The element free Galerkin method has been suggested by Belyschko, etc. it is applied for linear elastic analysis of solid problems and its convergence characteristics and stability are shown according to the weight function, influence domain and scattered points. The various numerical examples are performed to check the efficiency of 1D EFG and 2D EFG program by changing factors. As a result it have the best results when it used the cubic spline weight function and the scaling parameter d$_{max}$=2. These programs were developed by mixed language programming method using Visual Basic and the C language. so it is fast and efficient. and visually shown the result.t.
Kim, Eunyoung;Kim, Boyoung;Kang, Jun Won;Lee, Hongpyo
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.34
no.3
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pp.167-174
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2021
Recent investigation into the integrity of nuclear containment buildings has highlighted the importance of developing an elaborate diagnostic method to evaluate the distribution and size of cavities inside concrete walls. As part of developing such a method, this paper presents a finite element approach to modeling elastic waves propagating in the containment building walls of a nuclear power plant. We introduce a perfectly matched layer (PML) wave-absorbing boundary to limit the large-scale nuclear containment wall to the region of interest. The formulation results in a semi-discrete form with symmetric damping and stiffness matrices. The transient elastic wave equations for a mixed unsplit-field PML were solved for displacement and stresses in the time domain. Numerical results show that the sensitivity of displacement, velocity, acceleration, and stresses is large depending on the size and location of the cavity. The dynamic response of the wall slightly differs depending on the existence of the containment liner plate. The results of this study can be applied to a full-waveform inversion approach for characterizing cavities inside a containment wall.
In this work the dynamic heat transfer occurring in a cable penetration fire stop system built in the firewall of nuclear power plants is three-dimensionally investigated to develop a test-simulator that can be used to verify effectiveness of the sealants. Here was carried out an experiment to observe the heat transfer in the cable penetration fire stop system made of DOW CORNING products. The dynamic heat transfer occurring in the fire stop system is formulated in a parabolic partial differential equation subjected to a set of initial and boundary conditions. And it was modeled, simulated, and analyzed. The simulation results were illustrated in three-dimensional graphics and were compared with experimental data. Through the simulations, it was shown clearly that the temperature distribution was influenced very much by the number, position, and temperature of the cable streams. It also was found that the dynamic heat transfer through the cable streams was one of the most dominant factors, and the feature of heat conduction could be understood as an unsteady-state process. It is certain that these numerical results are useful for making a performance-based design for the cable penetration fire stop system.
Aicha Remil;Mohamed-Ouejdi Belarbi;Aicha Bessaim;Mohammed Sid Ahmed Houari;Ahmed Bouamoud;Ahmed Amine Daikh;Abderrahmane Mouffoki;Abdelouahed Tounsi;Amin Hamdi;Mohamed A. Eltaher
Computers and Concrete
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v.31
no.3
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pp.267-276
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2023
The main purpose of the current research is to develop an efficient two variables trigonometric shear deformation beam theory to investigate the buckling behavior of symmetric and non-symmetric functionally graded carbon nanotubes reinforced composite (FG-CNTRC) beam resting on an elastic foundation with various boundary conditions. The proposed theory obviates the use to shear correction factors as it satisfies the parabolic variation of through-thickness shear stress distribution. The composite beam is made of a polymeric matrix reinforced by aligned and distributed single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) with different patterns of reinforcement. The material properties of the FG-CNTRC beam are estimated by using the rule of mixture. The governing equilibrium equations are solved by using new analytical solutions based on the Galerkin method. The robustness and accuracy of the proposed analytical model are demonstrated by comparing its results with those available by other researchers in the existing literature. Moreover, a comprehensive parametric study is presented and discussed in detail to show the effects of CNTs volume fraction, distribution patterns of CNTs, boundary conditions, length-to-thickness ratio, and spring constant factors on the buckling response of FG-CNTRC beam. Some new referential results are reported for the first time, which will serve as a benchmark for future research.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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